Metalli alcalini: fatti sugli elementi nella prima colonna della tavola periodica

Ci sono metalli alcalini tutt'intorno a te in questo momento. Il sodio si trova nel sale da cucina, il litio nella batteria del telefono e il potassio nelle banane. I metalli alcalini costituiscono sei diversi elementi che si trovano nella prima colonna della tavola periodica . Questi sono:

Fanno parte del blocco S di elementi nella tavola periodica , che insieme a idrogeno, elio, calcio e altri, hanno il loro elettrone più esterno in un orbitale S. I metalli alcalini sono metalli morbidi che sono altamente reattivi con acqua e ossigeno. Sono così morbidi che puoi tagliarli con un coltello di plastica. Hanno anche una lucentezza simile all'argento e sono ottimi conduttori di calore e luce.

I metalli alcalini sono così chiamati perché quando reagiscono con l'acqua creano sostanze altamente alcaline. L'alcalinità si riferisce al pH della sostanza o alla capacità di neutralizzare l'acido. Le sostanze altamente alcaline possono formare basi forti in grado di neutralizzare gli acidi e mantenere un livello di ph stabile.

Ogni elemento ha un nucleo, composto da protoni e neutroni, ei metalli alcalini non sono diversi. Intorno al nucleo degli atomi ci sono gli elettroni, che sono particelle con carica negativa. Questi elettroni esistono in gusci energetici attorno al nucleo degli atomi, ognuno dei quali può contenere un numero variabile di elettroni. Il primo guscio può contenere fino a due elettroni, il secondo fino a otto, il terzo 18 e il quarto 32. Sono questi gusci di elettroni e come sono strutturati i metalli alcalini che li rendono così reattivi.

Tutti gli atomi vogliono naturalmente avere un guscio esterno di elettroni completamente pieno. Tuttavia, gli elementi in quella prima colonna della tavola periodica hanno tutti un elettrone nel loro guscio più esterno. Questo guscio più esterno è anche chiamato guscio di valenza e gli elettroni che vi risiedono sono chiamati elettroni di valenza.

Avere un solo elettrone nel guscio più esterno rende molto facile per gli atomi dei metalli alcalini raggiungere punti di stabilità: hanno solo bisogno di perdere un elettrone! Questa disponibilità e facilità di perdere un elettrone per raggiungere uno stato di equilibrio è nota come alta reattività. Infatti, la reattività in chimica è definita dal numero di elettroni nel guscio più esterno. I gas nobili (elementi come neon ed elio) sono molto poco reattivi perché i loro gusci elettronici più esterni sono pieni.

"Poiché i metalli alcalini hanno un solo elettrone di valenza, in genere raggiungono questo stato cedendo quell'elettrone. In questo processo, si dice che il metallo alcalino viene ossidato e tutto ciò che prende l'elettrone dal metallo alcalino viene ridotto. Tutto il ai metalli alcalini piace rinunciare al loro singolo elettrone di valenza", afferma il dott. Chip Nataro , professore di chimica al Lafayette College di Easton, in Pennsylvania. "Poiché gli elettroni hanno una carica di -1, la perdita di un elettrone fa sì che l'atomo abbia una carica di +1. Quando ciò accade, l'atomo viene chiamato ione e poiché avrebbe una carica positiva, viene chiamato catione . Quindi, a tutti i metalli alcalini piace creare cationi che hanno una carica di +1."

Poiché i metalli alcalini sono così reattivi, di solito si trovano insieme ad altri metalli in natura.

Se un elemento è altamente reattivo, è più difficile trovarlo in modo naturale.

"Tutti questi elementi sono stati scoperti per la prima volta nei composti [e] alcune delle scoperte sono difficili da attribuire a causa dell'abbondanza e dell'uso dei composti", afferma Nataro. "Man mano che si scende nella tavola periodica, i metalli alcalini diventano più inclini a perdere il loro elettrone di valenza" e quindi "anche la quantità dell'elemento che si trova in natura diminuisce, [con conseguente] date di scoperta successive".

Quando sono stati scoperti i metalli alcalini?

Il litio fu scoperto per la prima volta nel 1817 quando Johan August Arfwedson , un chimico svedese, stava analizzando il minerale. Cesio e rubidio furono scoperti rispettivamente nel 1860 e nel 1861 dai chimici tedeschi Robert Bunsen (che prestò il nome al becco Bunsen) e Gustav Kirchhoff (che ideò le leggi di Kirchhoff per la corrente elettrica). Il francio, il più reattivo dei metalli alcalini che conosciamo attualmente, fu scoperto nel 1939 dalla scienziata francese Marguerite Perey all'Istituto Curie di Parigi.

Sodio e potassio, due metalli alcalini molto comuni, hanno date di scoperta sconosciute in cui sono stati usati per così tanto tempo. Ma non furono isolati in forma pura fino al 1807 (dal famoso chimico Humphrey Davy). Il rubidio non fu isolato fino al 1928, anche da Bunsen e Kirchhoff.

Uno dei tratti più comuni dei metalli alcalini è la loro reattività all'acqua e all'aria . Questi elementi danzeranno intorno, sfrigolando a causa della produzione di gas idrogeno, e spesso esploderanno. Diventano più reattivi man mano che vai più in basso nella tavola periodica, con il cesio e il francio che sono così reattivi che possono prendere fuoco semplicemente essendo esposti all'aria. Gli elementi aumentano anche nel raggio atomico, diminuiscono nell'elettronegatività e diminuiscono nei punti di fusione e di ebollizione mentre ci si sposta lungo la tavola periodica.

Ci si potrebbe chiedere come mai i metalli alcalini siano stati scoperti in natura se reagiscono così violentemente all'aria e all'acqua. Bene, a quanto pare, la maggior parte dei metalli alcalini si trovano in natura come ioni a causa del loro alto desiderio di reagire e perdere quell'elettrone di valenza. Nella loro forma ionica i metalli sono molto meno reattivi.

Metalli alcalini nella vita quotidiana

I metalli alcalini hanno un'interessante dualità chimica, perché sono molto comuni nella vita di tutti i giorni ma anche molto rari nelle loro forme elementari grezze.

Ad esempio, il sodio non si trova in natura e deve essere preparato a partire da composti. Il sodio e il potassio sono elementi essenziali per la vita quotidiana, con il sodio che aiuta a regolare la pressione sanguigna e a spostare gli elettroliti attraverso le cellule. Il sodio si combina anche con altri composti per produrre sale da cucina e bicarbonato di sodio. Il potassio aiuta a regolare la pressione sanguigna e il glucosio e si trova nei fertilizzanti. Il litio, come accennato in precedenza, viene utilizzato nella produzione di batterie ed è anche un farmaco stabilizzatore dell'umore.

Gli elementi più reattivi, cesio, rubidio e francio, hanno minori usi naturali. Il cesio è utilizzato negli orologi atomici , nella perforazione e nella creazione di vetri ottici tra le altre applicazioni altamente specializzate. Il rubidio è utilizzato nell'imaging medico e nei tubi a vuoto. Il francio, molto raro, non ha molte applicazioni commerciali ma viene utilizzato nella ricerca e per diagnosticare alcune forme di cancro.

Infine, tutti i metalli alcalini sono anche strumenti didattici incredibilmente utili nel campo della chimica. Gli insegnanti adorano dimostrare il principio della reattività facendo cadere un metallo alcalino nell'acqua solo perché la classe lo guardi con soggezione mentre sputa fuoco ed esplode.

Ora è radioattivo!

Il francio è il più raro dei metalli alcalini e il secondo elemento più raro nella crosta terrestre (si stima che solo 340-550 grammi o circa 1 libbra si trovino nella crosta terrestre). Capita anche di essere altamente radioattivo e ha una vita massima di soli 22 minuti. Il francio non è mai stato lasciato cadere in acqua, perché è così raro e così costoso, ma gli scienziati si aspettano che abbia la più alta reazione di qualsiasi metallo alcalino.